云降水物理研究与人工影响天气工作现状分析

哈青辰

摘要 云降水物理与人工影响天气之间的关联密切，云降水物理是人工影响天气的理论基础，人工影响天气则是云降水物理的应用领域。目前，人们加大了对云降水物理和人工影响天气的研究力度，并获得了显著成效。基于此，从云降水物理研究和人工影响天气工作现状入手展开了详细分析，讨论了人工影响天气工作的现状，并提出了提高人工影响天气工作质量的有效策略。

关键词 云降水物理；人工影响天气；工作现状

中图分类号：P48 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）09–0-03

随着环境的不断恶化，干旱、冰雹等自然灾害发生的可能性大大增加。这些自然灾害的发生，不仅会严重影响我国农业、林业和工业等发展，还会给人们带来严重的经济损失。因此，相关部门要加强对自然灾害的关注，加大对云降水物理的研究力度，结合研究结果合理选择人工影响天气方法与技术，通过对自然天气的干预，将自然灾害的发生概率降至最低。

1 云中粒子的增长及降水的形成机制

1.1 云滴的增长

相关调查数据显示，影响暖云降水形成的因素很多。在众多影响因素中，最为重要的是云的起伏变化规律和云中的湍流，同时在宏观条件下，气流场也会影响暖云降水的形成[1]。试验和计算表明，湿度场和云滴浓度的起伏变化会使云滴增大。而影响云滴增大的一个关键因素是起伏场的相关时间和湍流加速场的相关时间。其中，湍流加速场的相关时间较短，对雨滴形成的促进作用不是很大。通过调查和研究积云中云滴增长过程发现，巨核对大云滴形成所起到的作用最主要，可以有效缩短大云滴的形成时间，但巨核在平衡态凝结谱中所发挥的作用极小。

1.2 冰晶的增长

研究冰面扩散云室在不同温度环境下冰晶生长及冰面过饱和度，可以获得在低冰面过饱和条件下的定量结果，有利于对冰晶增长整个过程展开进一步研究，还可以了解低冰面过饱和情况下冰晶增长的特点[2]。

1.3 冰雹的增长

实例模拟表明，如果云层的冰雹形成源区中有一定数量冻滴雹胚和霰的存在，就可以通过与过冷水撞冻实现冰雹的进一步增长。云中的过冷水无论对雹胚的形成，还是对冰雹的增长都能够起到十分重要的促进作用。冰雹的形成和增长过程包括冰晶—过冷水—雹胚—冰雹环节，缺少过冷水环节就不会形成冰雹。

2 云和降水的形成

2.1 积云

积云的形成与不稳定的空气对流有很大关系。通常情况下，积云在白天形成，形成速度快，几分钟就可以迅速扩展至几公里。当扩展到一定程度后，容易发生异变，最为明显的一个表现便是砧状云层结构，并且位于积云的顶部或周围同样会产生下沉气流，相对而言，这些下沉气流较为稳定，但对于积云的形成会产生很大影响。例如：若气流比较稳定、合适，则位于积云内的旋风水滴往往会随着气流发生横向或纵向运动，以此促进积云的产生。若气流不稳定、不合适，会导致气流对悬浮液的作用大大增强，可能会使积云发生裂解，出现一场阵性降水。从含水量角度分析，积云的含水量分布不均匀，主要集中在中部，位于底部和顶部的含水量少，在高度相同的前提下，中心部位含水量要多于边缘部位的含水量。从组成部分角度分析，积雨云作为积云中的重要组成，持续时间较长，可伸展范围较大，容易出现在暴雨、大风和冰雹等强烈天气中。

2.2 层状云

与积云一样，层状云的形成速度快，几分钟便可以扩展至数百公里。如果层状云比较薄，则发生降水的概率较小；如果层状云比较厚，则很有可能发生降雨或降雪，而且其范围比较大。相关调查数据显示，影响层状云形成的因素较多，如气层辐合、地形抬升和乱流降温、积云平衍等，这些因素对层状云的形成都会造成直接或间接的影响，若斜升空气层存在较大的不稳定性，很有可能产生对流云，呈积状。

层状云与积云相比有很多不同之处，从基本形态角度分析，积云比较薄，覆盖面积比较大，呈透明状态；而层状云比较厚，覆盖面积比较小。按照类型分类，可以将层状云分为卷云、高层云、雨层云、卷层云。其中，卷层云的出现代表即将降水[3]。

2.3 积层混合云

积层混合云是指其包含多种云层，而这些云层大部分都是层状云与对流体结合形成的。其中，层状云对积云的形成能够起到重要的促进作用，还会对流云产生重要影响。如果出现流云，基本上可以确定会有强降水的出现，而且持续的时间不会太短。在流云形成的过程中，层状云发挥着重要作用，它能够为流云提供一个良好的发展环境。除此之外，层状云的发展还可以促进大量上升气流的产生，虽然能够降低积层混合云降水强度，但是会延长降水时间。由此可以看出，层状云的发展，将积云与流云有效联系在一起，对于云降水的发展起到了重要的影响[4]。

3 人工影响天气的主要方式

3.1 人工防雹

调查研究发现，当前天气预报部门，往往是先借助雷达实现对地区冰雹的监测，然后根据所获得的监测数据结果进行预报[5]。雷達的使用，只需要通过电磁波便可以准确预判冰雹的形状大小、范围以及密度等各方面情况。在此基础上，天气预报部门会做出相应的预警工作，将冰雹对各地区所造成的危害降至最低。

从冰雹的产生角度分析，能够产生冰雹的云层主要包括强单体雹云、弱单体雹云和多单体雹云、传播雹云。通过云层名称可以看到，不同雹云所产生的冰雹特点是不同的，停留在云层的时间越长，冰雹的破坏性就越大，两者呈正比关系。因此，人工防雹通常采用高炮轰击方式，即使用高射炮轰击已经产生冰雹或即将产生冰雹的云层。在高射炮轰击爆炸的作用下，云层周围气流会发生大面积移动，并且受冲击力影响，云层中形成的大块冰晶也会被轰碎，以此取得较好的防雹效果。除此之外，在人工防雹过程中还会使用催化剂技术，适量催化剂的使用会对云层中冰晶的形成产生干预，预防冰雹的效果较好。

3.2 人工增雨

当前，很多地区都出现了干旱问题，导致我国的荒漠面积扩大。干旱問题的发生，不仅会严重影响我国农业、林业和工业等多个领域的发展，还会对我国社会发展产生影响。而要想有效缓解这一问题，人工增雨是一种有效的方法途径[6]。为保证人工降雨的有效性，相关部门需要严格按照规定的顺序进行人工增雨。

第一，科学评估云层降水潜力。人工增雨需要投入的成本较大，如果在人工增雨前没有做好充分的研究分析和准备，直接进行人工增雨工作，无法达到预期的增雨效果和经济效益。因此，在人工增雨工作前，应对云层进行全面分析和科学评估。针对不同云系，需要合理评估其转化效果，包括固态冰晶向液态水的转化、水蒸气向液态水的转化等，通过有效评估，提升人工增雨的合理性和经济性。

第二，选择合适的方式开展人工增雨工作。人工增雨的方式比较多，最为常见的有冷云催化、暖云催化等。通过上述分析可知，无论是积云还是积层混合云，其降雨潜力非常大，当云层储水量与人工增雨标准相符合时，即可采取相关方式开展人工增雨工作。虽然催化剂的种类比较多，但是其作用机理都是通过让暖云里的水滴或冷云里的冰晶进一步凝结增长，使其质量体积增加。当云层无法承载时，就会产生降雨，达到人工增雨的目的。待人工增雨工作完成后，相关部门需要全面评估人工增雨效果，针对不同降水环境或不同地区采用不同的人工增雨方式，具体需要根据实际情况做出合理选择，以此保证人工增雨的实效性[7]。

4 人工影响天气工作的现状

4.1 区域的协调与管理效率低下

人工影响天气工作的开展要在特定区域的环境条件下进行，才能趋利避害，获得理想的工作效果。例如：某一地区在进行人工增雨操作时，要充分考虑到周围的地市，以形成强大的合力，最大限度地发挥出人工增雨的效能。在人工增雨操作前，还需要做好人员配置、设备配置以及资金筹措和集中管理等准备工作，需要多地区、多部门之间的有效沟通交流和协调配合。但通过调查研究我国当前人工影响天气工作现状发现，一些地区仍然存在“单打独斗”的现象，区域的协调与管理存在问题。导致这一现象出现的原因可以分为2点：

（1）不同地区的气候环境和技术手段不同，要想达成一致的操作目标很难实现。（2）一些地区对人工影响天气的重视程度较低，而且认识也不够全面，导致实际操作滞后，工作效率不高，很难达到理想的工作效果[8]。

4.2 缺乏专项资金支持，人才数量不足

人工影响天气工作开展的主要目的是通过科学指导和规避，为农业生产活动的顺利进行提供有力保障，并有效改善各地区的生态状况。但通过调查研究我国当前人工影响天气工作现状发现，一些地区普遍存在专项资金缺乏的问题，这不仅会大大增加人工影响天气工作结构性矛盾出现的可能性，还会严重阻碍实践活动的开展。有些地区从事人工影响天气工作的专业人才数量不足，现有人才专业知识、实践技能水平相对低下，这在一定程度上为人工影响天气工作的开展埋下了一定的隐患[9]。

5 加强人工影响天气管理的重要性

5.1 满足粮食生产和防灾减灾需求

气象灾害对农业的影响最大、最直接，而在农业生产过程中水资源的合理开发利用，对粮食生产有着重要的积极作用。《全国新增1 000亿斤粮食生产能力规划（2009—2020年）》的颁布和出台，明确强调了要进一步加大人工增雨和防雹能力建设力度，为农业生产提供更有效的人工影响天气服务。由此可以看出，人工影响天气对农业生产具有十分重要的作用。冰雹是农业生产中比较容易发生的灾害性天气，若在作物生长期和成熟期发生冰雹灾害，则会导致作物减产，甚至会造成绝收。此外，在农业生产过程中容易出现干旱。而人工影响天气在抗旱和防雹减灾中是最经济、最有效的技术手段，可以满足粮食生产和防灾减灾需求。

5.2 缓解水资源短缺

大多数生命生存都离不开水资源。我国存在水资源分布不均问题，人均水资源量仅占2 100 m3左右。其中，区域性缺水和季节性缺水表现得尤为明显，无论对人们生活还是对社会经济发展都会产生不利影响。现如今，在城镇化、工业化发展速度加快的背景下，随着城市人口越来越密集，水资源短缺问题愈加突出，导致部分居民出现了用水紧张状况。而通过人工影响天气技术可以实现对空中云水资源的有效利用，增加降水量，进而使水资源短缺得到缓解[10-13]。

6 提高人工影响天气工作质量的有效策略

6.1 加强管理，做好各方实践活动开展的统筹协调工作

首先，在人工影响天气工作开展的过程中，政府和职能部门要高度重视人工影响天气工作的开展，需要充分发挥出自身的管理职能，对各方人工影响天气工作的开展做好协调和统筹工作。

其次，地方政府要制定出与之相适应的监督管理制度和规范要求，通过有效的督促和规范管理，解决在各方人工影响天气工作中存在的协调不统一和管理不到位等问题。地方政府还要从人力、物力及财力等方面入手，为人工影响天气工作的开展提供支持，从根本上保障工作的顺利开展和质量效率。

最后，地方职能部门需要出台合理可行的制度要求，以提高各方人工影响工作开展的规范性。在人工影响天气工作开展的过程中，地方职能部门需要坚持以人为本的原则，将人民群众的根本利益放在首要位置，在提高人工影响天气工作质量和效率的同时，最大限度地保障人民群众的生命财产安全[14-16]。

6.2 加大资金扶持力度，做好专业队伍建设

首先，地方政府需要正确认识到人工影响天气工作的重要性，设立专项资金，为人工影响天气工作的开展提供资金支持[17-18]。

其次，针对当前从事人工影响天气工作专业人才数量缺失的问题，地方政府需要加强专业队伍建设，定期对现有的工作人员做好业务培训工作，并积极引进人工影响天气工作相关方面的专业人才。通过内外结合，提高人工影响天气工作人员队伍整体的专业性。

最后，相关部门要对人工影响天气作业设备做好集中管理，及時更换陈旧、老化的作业设备，避免阻碍人工影响天气工作的正常开展，有效防止安全事故的发生。

7 结束语

云降水物理研究与人工影响天气有着极为密切的联系，云降水物理研究可以为人工影响天气提供重要的理论依据，而人工影响天气又是云降水物理研究的重要成果表现。现今，随着全球气候变暖，水资源日益短缺，人工影响天气工作的开展变得尤为必要。而要想做好这项工作，要加强对云降水物理的研究，在此基础上合理开展人工防雹、人工增雨等工作，以此将自然灾害的发生概率降至最低，保护好人民群众的财产安全。虽然我国在云降水物理和人工影响天气方面研究已经取得一定成果，但仍存在不足之处，今后还需要相关专业人员的继续探索和研究，为人们提供更优质的气象服务。

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Research on Cloud Precipitation Physics and Analysis of the Current Situation of Weather Modification Work

Ha Qing-chen （Chifeng Meteorological Bureau， Chifeng， Inner Mongolia 024000）

Abstract There is a close correlation between cloud precipitation physics and artificial weather modification. Cloud precipitation physics is the theoretical basis for artificial weather modification， and artificial weather modification is the application field of cloud precipitation physics. At present， people have increased their research on cloud precipitation physics and artificial weather effects， and have achieved significant results. Based on this， a detailed analysis was conducted from the aspects of cloud precipitation physics research and the current situation of weather modification work， discussing the current situation of weather modification work， and proposing effective measures to improve the quality of weather modification work.

Key words Cloud precipitation physics; Artificial weather modification; Work status